純氧曝氣與活性無煙煤濾池聯(lián)用去除氨氮中試研究

純氧曝氣與活性無煙煤濾池聯(lián)用去除氨氮中試研究

氨基氮是影響水源水質(zhì)的主要因素之一。由于季節(jié)和季節(jié)的原因，氨氮污染是影響工藝操作的主要因素之一。飲用水中氨氮濃度升高易造成亞硝酸鹽積累,對人體健康有較大危害,因此,《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對飲用水中氨氮濃度進(jìn)行了嚴(yán)格限制(<0.5mg/L)。同時(shí)原水中氨氮值升高還會(huì)導(dǎo)致水廠的耗氯量加大、生成消毒副產(chǎn)物等問題。原水中的氨氮可通過生物預(yù)處理、過濾作用去除。但生物預(yù)處理需要增設(shè)構(gòu)筑物及設(shè)備,且占地面積較大,不利于現(xiàn)有水廠的工藝改造,因此強(qiáng)化過濾階段的氨氮去除效果,是更有效和簡便的途徑。濾池中氨氮的去除依賴于濾層中微生物的硝化反應(yīng),濾層需同時(shí)滿足溶解氧(DO)和生物量這兩個(gè)要素,氨氮才能得以有效去除。降解氨氮的微生物為專性好氧菌,理論上來講,降解1mg/L的氨氮需要消耗4.57mg/L的溶解氧,因此應(yīng)對高氨氮污染原水時(shí),需要適當(dāng)提高水中溶解氧的濃度。水廠常規(guī)的普通砂濾池經(jīng)掛膜可成為生物砂濾池,但砂粒平整、光滑的表面結(jié)構(gòu)使其掛膜不穩(wěn)定,對各種不利環(huán)境的適應(yīng)性較差。以往試驗(yàn)研究和水廠運(yùn)行實(shí)踐表明,砂濾池僅能應(yīng)對1mg/L左右的氨氮去除,當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度進(jìn)一步增大時(shí),即使提供充足的溶解氧,砂濾池也無法提供足夠的生物量以有效去除氨氮。活性無煙煤是普通無煙煤經(jīng)活化制成的一種新型濾料,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,也具有與活性炭相似的多孔結(jié)構(gòu),有利于微生物的附著與生長。筆者在中試條件下,探討純氧曝氣和活性無煙煤濾池聯(lián)用對氨氮的去除效果,為水廠的工藝改造提供參考。1試驗(yàn)安裝和方法1.1活性無煙煤濾料/砂分配比及濾層厚度為10.工藝流程如圖1所示。原水泵有兩個(gè),一個(gè)為河水泵,另一個(gè)為污水泵,通過調(diào)節(jié)河水泵和污水泵的流量比以配制不同濃度的原水。中試流量為5m3/h。活性無煙煤濾料粒徑為0.8～2.0mm,碘吸附值約為800mg/g,濾層厚度為1m;底部承托層采用粒徑為2～4mm的粗砂,厚度為100mm。濾池有效尺寸為0.8m×0.8m×3.5m,采用等速過濾,濾速為8m/h,過濾面積為0.625m2,常規(guī)反沖洗周期為48h。1.2測試方法1.2.1微納米陶瓷曝氣板總劑量的確定當(dāng)待濾水中的溶解氧濃度無法滿足去除氨氮的要求時(shí),即啟動(dòng)純氧曝氣裝置。采用液氧罐(滿載氣量約210kg)供給純氧,將兩塊微納米陶瓷曝氣板置于沉淀池中水深為1.5m處,曝氣板單塊規(guī)格為460mm×113mm,總曝氣面積為0.038m2,調(diào)節(jié)純氧曝氣流量以獲取所需的溶解氧濃度。1.2.2原水泵和污水泵的流量比對模擬氨氮濃度危險(xiǎn)性的影響原水按常規(guī)工藝流程流經(jīng)混凝沉淀和過濾工藝,所用混凝劑為聚合氯化鋁,投加量為1.2～2.4mg/L(以Al2O3計(jì),下同)。以河水為原水運(yùn)行工藝,直至濾池掛膜情況良好且穩(wěn)定。調(diào)節(jié)原水泵和污水泵的流量比以配制所需濃度的原水,模擬氨氮濃度突發(fā)性升高的情況。待濾水氨氮濃度突然升高時(shí)開始計(jì)運(yùn)行時(shí)間,一組試驗(yàn)完成后即對濾池進(jìn)行反沖洗,并停掉污水泵,以河水為原水運(yùn)行數(shù)天后再進(jìn)行下一組試驗(yàn)。1.2.3高辛氨氮連續(xù)試驗(yàn)試驗(yàn)期間,原水的氨氮濃度為2.8～3.3mg/L,持續(xù)運(yùn)行10d,聚合氯化鋁投加量為2.4mg/L。1.2.4水質(zhì)監(jiān)護(hù)儀采用在線儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控和人工監(jiān)測相結(jié)合的方式進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。2結(jié)果與討論2.1濾池的水質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)期間,河水氨氮濃度為0.8～1.0mg/L,水溫為16.0～16.7℃。在以河水為原水的條件下運(yùn)行工藝,并定時(shí)監(jiān)測濾池掛膜情況(僅針對硝化反應(yīng)而言,下同),直至濾后水水質(zhì)穩(wěn)定,穩(wěn)定后的水樣檢測結(jié)果見表1?？芍?濾池掛膜情況良好,有較充分的硝化反應(yīng);濾池中無亞硝酸鹽氮積累,氨氮較徹底地轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮,故能有效應(yīng)對氨氮為0.86mg/L的待濾水。河水的溶解氧為7.41mg/L,由于在沉淀池出水處和濾池進(jìn)水處各有一次跌水,因而待濾水的溶解氧值有一定程度的提高,提高幅度約為1.5mg/L。理論上去除0.86mg/L氨氮需要消耗溶解氧為3.93mg/L,故待濾水中的溶解氧能滿足去除氨氮的要求,而濾池內(nèi)的生物量亦能滿足此時(shí)去除氨氮的生物量要求。2.2如果同時(shí)產(chǎn)生氨氮濃度高，則消除其效果2.2.1濾池的去除氨氮效果本組試驗(yàn)的水溫為13.7～13.9℃,原水氨氮從約0.8mg/L突然升至約1.7mg/L。測定顯示,濾前工藝對氨氮幾乎無去除效果。理論上去除1.7mg/L氨氮需要消耗溶解氧為7.77mg/L,待濾水中的溶解氧為8.7～8.9mg/L,能滿足去除氨氮的要求,無需啟動(dòng)純氧曝氣裝置。結(jié)果表明,濾池可有效去除氨氮,且在12h內(nèi),隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,硝化反應(yīng)越來越充分,濾后水氨氮濃度越來越低。運(yùn)行0.5h后出水氨氮為0.30mg/L,已降至0.5mg/L的國標(biāo)限值以下,去除率為82.7%;運(yùn)行12h后出水氨氮為0.05mg/L,亞硝酸鹽氮為0.012mg/L,硝酸鹽氮為3.98mg/L,溶解氧降至1.67mg/L,對氨氮的去除率為97.2%。由此可見,當(dāng)原水氨氮從約0.8mg/L突然升至1.7mg/L時(shí),若溶解氧充足,活性無煙煤濾池可有效去除氨氮。2.2.2濾池對氨氮的去除本組試驗(yàn)的水溫為15.6～15.8℃,原水氨氮從約0.9mg/L突然升至約2.5mg/L,由于待濾水中DO濃度無法滿足去除氨氮的要求,故啟動(dòng)純氧曝氣裝置,調(diào)節(jié)曝氣流量為1.0L/min,曝氣后待濾水溶解氧為11.5～11.8mg/L,能滿足去除氨氮的要求。理論上去除2.5mg/L氨氮需要消耗溶解氧為11.42mg/L。監(jiān)測表明,濾池可有效去除氨氮,且在12h的運(yùn)行時(shí)間內(nèi),隨著運(yùn)行時(shí)間的增加則硝化反應(yīng)越來越充分,濾后水氨氮濃度越來越低。運(yùn)行0.5h后出水氨氮為0.34mg/L,去除率為86.4%;運(yùn)行12h后,出水氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮分別為0.08、0.019、4.27mg/L,溶解氧降至1.45mg/L,對氨氮的去除率為96.7%?？梢?原水氨氮從約0.9mg/L突然升至2.5mg/L時(shí),若能提供充足的溶解氧,活性無煙煤濾池可快速、有效地去除氨氮。2.2.3模擬去氨氧運(yùn)行時(shí)間l本組試驗(yàn)的水溫為16.0～16.3℃,原水氨氮從約0.9mg/L突然升至約3.0mg/L,為此啟動(dòng)純氧曝氣裝置,調(diào)節(jié)曝氣流量為1.25L/min,曝氣后待濾水中的溶解氧為13.7～13.9mg/L。結(jié)果見圖2。理論上去除3.0mg/L氨氮需要消耗溶解氧為13.71mg/L。由圖2可知,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,硝化反應(yīng)越來越充分,濾后水氨氮濃度越來越低。運(yùn)行0.5h后出水氨氮為0.58mg/L,去除率為80.5%;運(yùn)行1h后出水氨氮為0.38mg/L,去除率為87.2%;運(yùn)行12h后出水氨氮為0.21mg/L,亞硝酸鹽氮為0.036mg/L,硝酸鹽氮為4.89mg/L,溶解氧降至1.13mg/L,對氨氮的去除率為93.1%。與前兩組試驗(yàn)相比,在12h的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)對氨氮的去除效果略差,但在運(yùn)行1h后仍可有效去除氨氮。2.3濾后水和水質(zhì)氨氮的去除效果本組試驗(yàn)的水溫為16.5～19.8℃,原水氨氮為2.8～3.3mg/L,調(diào)節(jié)純氧曝氣流量為1.25L/min,使曝氣后的待濾水中溶解氧為13.7～14.0mg/L。待濾水和濾后水水質(zhì)的變化見圖3?？芍?運(yùn)行時(shí)間為12～24h時(shí),濾后水氨氮濃度明顯降低,說明生物量逐漸積累和豐富;運(yùn)行24h后,硝化反應(yīng)較充分,濾后水中基本無亞硝酸鹽氮積累,對氨氮的去除效果趨于穩(wěn)定,濾后水氨氮基本在0.04～0.08mg/L(第6天由于原水氨氮升至約3.3mg/L,待濾水溶解氧欠充足,濾后水氨氮升至0.18mg/L),對氨氮的去除率為94%～99%。由此可見,在試驗(yàn)條件下,純氧曝氣與活性無煙煤濾池聯(lián)用的持續(xù)運(yùn)行效果良好,對氨氮的去除效果穩(wěn)定。2.4去除氨氮所增加的運(yùn)行成本純氧曝氣裝置采用微納米曝氣板,無需電耗,按純氧價(jià)格為1.00元/kg計(jì),去除2.5～3.0mg/L氨氮所增加的運(yùn)行成本為0.017～0.021元/m3,適用于水廠應(yīng)對季節(jié)性、突發(fā)性氨氮污染。3純氧曝氣與活性無煙煤濾池聯(lián)用①待濾水氨氮從0.8～1.0mg/L突然升高至約1.7、2.5、3.0mg/L時(shí),只要保證硝化反應(yīng)所需的溶解氧濃度,活性無煙煤濾池在短時(shí)間內(nèi)(0.5～1h)即可有效去除氨氮,運(yùn)行12h后出水氨氮分別降至0.05、0.08、0.21mg/L;且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長,硝化反應(yīng)越來越充分,濾后水氨氮濃度越來越低。表明純氧曝氣與活性無煙煤濾池聯(lián)用可有效應(yīng)對突發(fā)性氨氮污染,保障水廠供水水質(zhì)。②純氧